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大阅兵上的中国战机,零部件居然是3D打印的

供稿:中国工控网 2019/10/12 16:42:28
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快看!中国海军!中国“飞鲨”!

10月1日上午

5架银灰色歼-15舰载战斗机

组成“V”字形舰载机梯队

向着天安门上空呼啸而来

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作为航母的舰载机,歼-15战斗机自亮相之日就备受各界关注。在他的背后,还有这样一项技术作为支撑——3D打印。

在歼-15战机上,其前起落架大型整体钛合金支撑框利用激光增材制造而成。之前需要螺钉进行连接的两个或者多个部件,通过3D打印技术一次成型,保证足够强度的同时,既减轻了重量,还降低了加工难度。

增材制造(Additive manufacturing)是快速成型技术的一种,又称3D打印,属于高端制造行业。目前,增材制造产业主要主流技术主要包括 SLA、LOM、SLS 和 FDM 四种技术。3D打印从被视为是“科幻小说”中的元素,到如今已经成为制造商们、设计师等所接纳的一项颇受欢迎的技术。

根据Allied Market Research发布的报告,全球3D打印市场在2018年为108.7亿美元,从应用领域而言,航空航天和国防部门在2018年占据了最大份额,占总份额的25%以上。该领域预计将在整个预测期内继续保持其地位。根据预测,2026年,全球航空和国防用3D打印市场预计将从目前的15.6亿美元增长到59亿美元。

就航空航天而言,依靠传统的制造工艺来研制飞机机翼、发动机等设备往往耗时费力,而采用3D打印技术后,飞机零部件的设计及修改变得更加方便。与减材制造不同,没有浪费材料或工具安装时间。此外,3D打印技术允许通过额外的技术,如传感器,嵌入组件,给设计者提供一系列新的配置可能性。与此同时,在飞机零部件制造精度、强度等方面,借助3D打印也能达到较好的效果。

如今,3D打印技术被航空制造厂商广泛应用。在去年的的珠海航展上,很多航空制造商就展示了一系列成熟的3D打印产品。这其中包括GE航空集团3D打印的风扇叶片、T25传感器、燃油喷嘴和燃烧室部件等。

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增材制造技术还可以提高生产效率,减小组件重量,同时还能够制造常规方法无法实现的设计结构和形状。例如,波音公司也利用3D打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件,包括将冷空气导入电子设备的形状复杂导管;欧洲航空巨头空客长期以来一直是在制造工艺中实施3D打印技术的最前沿。除了快速成型外,已有超过1000种最终生产的塑料和金属零件用于各种飞机,包括A350和A320;罗尔斯-罗伊斯采用全球最大的3D打印航空结构件的遄达XWB-97发动机。

3D打印技术在国产歼-15战机、FC-31 战机、C919 大飞机等航空军事领域广泛采用。我国自主研发的国产大型客机C919的主风挡窗框和中央翼根肋等大型复杂结构件都采用了3D打印技术制造。我国首枚大型运载火箭长征五号的主承力构件钛合金芯级捆绑支座也采用了3D打印技术(激光同步送粉)制造。我国首枚大型运载火箭长征五号的主承力构件钛合金芯级捆绑支座也采用了3D打印技术制造,加工效率也得到了明显的提升。

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C919的主风挡窗框和中央翼根肋

尽管这项技术目前被大肆宣传,但它仍处于起步阶段,还远远不能保证从传统制造工艺中获得的高重复性和可靠性。3D打印并非没有缺点:在精度方面,该技术尚不能满足零件表面精度要求,因此通常需要采用传统加工方法进行精加工,并非每种工程材料都适合于通过增材制造方法制造零件。

在航空航天业中,虽然有一些小型零件、配件及硬件非常适合采用3D打印制造,但是因为航空航天业对安全性的要求非常高,3D打印生产出的关键部件还需要通过各种严格的测评后,才能用于取代依赖传统加工方法所制造出的零部件。

增材制造风靡而至,这些企业做了这些

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西门子能够为增材制造的工业应用提供全方位的解决方案,前不久的工博会上便展示了包含端到端软件和全集成自动化的数字化双胞胎解决方案。同时,西门子与华曙高科签署了增材制造战略框架合作协议,将为其提供NX端到端软件和全集成自动化的数字化双胞胎解决方案。从软件方面来讲,西门子可以帮助增材制造的设备制造商,做3D打印设备之前的设计、仿真和验证;从硬件方面来讲,西门子能够为增材制造设备的全集成自动化提供全系列产品。

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Netfabb 软件便是欧特克专为增材制造打造的专业解决方案,致力于帮助用户实现端到端的工作流。该软件不仅提供高效的构建准备功能,有助于减少准备时间和物料消耗,其中包含的设计优化工具还能根据零件的载荷和约束对零件的硬度和重量进行优化,为实现轻量化设计铺平道路。

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海克斯康旗下的增材制造解决方案专注“打印效果”控制,精确地预估、处理零件复杂结构,致于“打印件”的一次性成功,为增材制造的精密性保驾护航。例如,海克斯康旗下的MSC软件解决方案Simufact Additive,可迅速评估零件增材制造的可行性。

明天会怎样?

在这里分享几个关于疯狂“火箭迷”使用3D 打印的小故事。马斯克的 SpaceX在2013年就成功通过金属3D打印机制造了SuperDraco火箭发动机引擎室。与传统的发动机制造技术相比,使用3D 打印显著地缩短火箭发动机的交货期和并降低制造成本。而蓝色起源也将 3D 打印组件整合到其强大的 BE-4 引擎中。还有最近刚刚获得1.4 亿美元融资的美国 3D 打印火箭公司 Relativity Space,最终要让所有的火箭都由 3D 打印制造,以节省高昂的人力成本。

想象一下,如果一个完全3D打印的飞机,你敢尝试吗?

审核编辑(王妍)
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